JPH0391922A - 化合物半導体の縦型超格子の形成方法 - Google Patents
化合物半導体の縦型超格子の形成方法Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概 要〕
化合物半導体（例えば、ＧａＡｓ／ ＩＡｓ）縦型超格
子の形戒方法１′−関し、 結晶基板に対して直角でかつ界面平坦性の良い縦型超格
子を形成する方法を提供することを目的とし、 結晶軸から数度傾いた原子ステップのある表面を有する
結晶基板上に、下記工程（ａ）， （ｂ）および（ｃ
）： （ａ）原子ステップからの面内横方向成長条件下で、Ａ
原子を含む原料ガスを供給し、成長時間制御によってＡ
原子層を該原子ステップの側面に接して成長させ、ステ
ップ幅の一部にＡ原子層を形戒する工程； （ｂ） Ｊｌｉｉ長がＢの１原子層で自動的に停止する
条件下で、Ｂ原子を含む原料ガスを供給してステップ幅
の残りの部分にＢ原子層を形成する工程；および （ｃ）Ｃ原子を含む原料ガスを供給して、前記Ａ原子層
およびＢ原子層と結合した前記第１化合物半導体ＡＣお
よび第２化合物半導体ＢＣそれぞれの１分子層を形成す
る工程； を繰り返すことによって、第１化合物半導体ＡＣの層と
第２化合物半導体ＢＣの層とが横方向に周期的に配列さ
れている縦型超格子を形成するように構或する。
子の形戒方法１′−関し、 結晶基板に対して直角でかつ界面平坦性の良い縦型超格
子を形成する方法を提供することを目的とし、 結晶軸から数度傾いた原子ステップのある表面を有する
結晶基板上に、下記工程（ａ）， （ｂ）および（ｃ
）： （ａ）原子ステップからの面内横方向成長条件下で、Ａ
原子を含む原料ガスを供給し、成長時間制御によってＡ
原子層を該原子ステップの側面に接して成長させ、ステ
ップ幅の一部にＡ原子層を形戒する工程； （ｂ） Ｊｌｉｉ長がＢの１原子層で自動的に停止する
条件下で、Ｂ原子を含む原料ガスを供給してステップ幅
の残りの部分にＢ原子層を形成する工程；および （ｃ）Ｃ原子を含む原料ガスを供給して、前記Ａ原子層
およびＢ原子層と結合した前記第１化合物半導体ＡＣお
よび第２化合物半導体ＢＣそれぞれの１分子層を形成す
る工程； を繰り返すことによって、第１化合物半導体ＡＣの層と
第２化合物半導体ＢＣの層とが横方向に周期的に配列さ
れている縦型超格子を形成するように構或する。
本発明は、化合物半導体（例えば、ＧａＡｓ／＾ｌＡｓ
）縦型超格子の形成方法に関する。
）縦型超格子の形成方法に関する。
〔従来の技術〕
化合物半導体の縦型超格子として、ＧａＡｓ基板上にＧ
ａＡｓ／ ＡｆＡｓ交互横方向配列の超格子を形成した
ものが、例えば、Ｔ，Ｆｕｋｕｉ， Ｈ．Ｓａｉｔｏ
ａｎｄ Ｙ．Ｔｏｋｕｒａ，Ｊａｐ． Ｊ， Ａｐｐｌ
， Ｐｈｙｓ． ２．７（１９８８）Ｌ １８２９に開
示されている。
ａＡｓ／ ＡｆＡｓ交互横方向配列の超格子を形成した
ものが、例えば、Ｔ，Ｆｕｋｕｉ， Ｈ．Ｓａｉｔｏ
ａｎｄ Ｙ．Ｔｏｋｕｒａ，Ｊａｐ． Ｊ， Ａｐｐｌ
， Ｐｈｙｓ． ２．７（１９８８）Ｌ １８２９に開
示されている。
従来、縦型超格子は、ＭＯＣＶＤ法（又はＭＢＥ法）を
利用して次のようにして形成されている。
利用して次のようにして形成されている。
まず、結晶基板１としてＧａＡｓ （１００）面の数度
（α＝１゜）傾けて切り出した微斜面基板（ＯＦＦ基板
）を用意する。この基板の表面は第９Ａ図に示すように
階段状の原子ステップとなっている。このＧａＡｓ結晶
基板１上にＧａＡｓバッファ一層２をＭＯＣＶＤ法によ
って、Ｇａ原子の拡散長がステップのテラス幅よりも大
きくなる成長条件下で形成する。すると、もともとの結
晶基板では、ステップの高さは必ずしも１原子層でなく
、ステップ幅（テラス幅）にもばらつきがあったものが
、バッファ一層成長にともなって、次第に均一かつ周期
性の良い単原子ステップ（α＝１゜の場合、幅＝１６．
２ｎｍ）となる。
（α＝１゜）傾けて切り出した微斜面基板（ＯＦＦ基板
）を用意する。この基板の表面は第９Ａ図に示すように
階段状の原子ステップとなっている。このＧａＡｓ結晶
基板１上にＧａＡｓバッファ一層２をＭＯＣＶＤ法によ
って、Ｇａ原子の拡散長がステップのテラス幅よりも大
きくなる成長条件下で形成する。すると、もともとの結
晶基板では、ステップの高さは必ずしも１原子層でなく
、ステップ幅（テラス幅）にもばらつきがあったものが
、バッファ一層成長にともなって、次第に均一かつ周期
性の良い単原子ステップ（α＝１゜の場合、幅＝１６．
２ｎｍ）となる。
この結晶基板１のＧａＡｓバッファ一層２上にＧａＡｓ
／Ａｉ’ＡＳをＭＯＣＶＤ法で形成するために、第１０
図の原料ガス（ＡｓＨ３、｝リエチルアルミニウム（Ｔ
ＥＡ）およびトリエチルガリウム（ＴＥＧ））供給制御
グラフのように原料ガスを流す。この場合には、ＧａＡ
ｓガスを継続的に流して、ＴＥＡガスとＴＥＧガスと（
■族原料ガス〉を交互に切り替えて流すわけである。
／Ａｉ’ＡＳをＭＯＣＶＤ法で形成するために、第１０
図の原料ガス（ＡｓＨ３、｝リエチルアルミニウム（Ｔ
ＥＡ）およびトリエチルガリウム（ＴＥＧ））供給制御
グラフのように原料ガスを流す。この場合には、ＧａＡ
ｓガスを継続的に流して、ＴＥＡガスとＴＥＧガスと（
■族原料ガス〉を交互に切り替えて流すわけである。
Ａｓｔ｛３ガスを流した状態で、まず、ＴＥＡガスを供
給すると、Ａｎ原子が表面を拡散していきステップに優
先的に吸着して面内横方向成長し、その上にＡｓ原子が
付着し、Ａ［Ａｓの単分子層３が第９Ａ図および第９Ｂ
図に示すように成長する。このときに、ＩＡｓ層の厚さ
（分子層単位）とＪｕｓｔ基板上に成長させた場合のＴ
ＥＡガス供給時間（供給量）との関係は第１１Ａ図に示
すものであったとすると、このグラフでステップのテラ
ス幅の丁度半分となる時間ｔ１をＴＥＡガス供給パルス
時間とすると、ＯＦＦ基板上に成長させた場合１Ａｓ単
分子層３をテラス幅（１６． ２ｎｍ）の半分（８．
ｌ ｎｍ）の位置まで横方向に成長させることができる
。次に、ＴＥＡガスの代わりにＴＥＧガスを供給すると
、Ｇａ原子が表面を拡散していきステップに優先的に吸
着して面内横方向成長し、その上にＡｓ原子が付着し、
ＧａＡｓの単分子層４が第９Ｃ図および第９Ｄ図に示す
ように成長する。このときに、Ｊｕｓｔ基板上に成長さ
せた場合のＧａＡｓ層の厚さ〈単分子層を１として示す
〉とＴＥＧガス供給時間（供給量〉との関係は第１１Ｂ
図に示すものであったとすると、このグラフでテラス幅
の半分となる時間ｔ，をＴＥＧガス供給パルス時間とす
ると、ＯＦＦ基板上に成長させた場合、ＧａＡｓ単分子
層４をテラス幅の残り半分の位置まで横方向に成長させ
ることができる。
給すると、Ａｎ原子が表面を拡散していきステップに優
先的に吸着して面内横方向成長し、その上にＡｓ原子が
付着し、Ａ［Ａｓの単分子層３が第９Ａ図および第９Ｂ
図に示すように成長する。このときに、ＩＡｓ層の厚さ
（分子層単位）とＪｕｓｔ基板上に成長させた場合のＴ
ＥＡガス供給時間（供給量）との関係は第１１Ａ図に示
すものであったとすると、このグラフでステップのテラ
ス幅の丁度半分となる時間ｔ１をＴＥＡガス供給パルス
時間とすると、ＯＦＦ基板上に成長させた場合１Ａｓ単
分子層３をテラス幅（１６． ２ｎｍ）の半分（８．
ｌ ｎｍ）の位置まで横方向に成長させることができる
。次に、ＴＥＡガスの代わりにＴＥＧガスを供給すると
、Ｇａ原子が表面を拡散していきステップに優先的に吸
着して面内横方向成長し、その上にＡｓ原子が付着し、
ＧａＡｓの単分子層４が第９Ｃ図および第９Ｄ図に示す
ように成長する。このときに、Ｊｕｓｔ基板上に成長さ
せた場合のＧａＡｓ層の厚さ〈単分子層を１として示す
〉とＴＥＧガス供給時間（供給量〉との関係は第１１Ｂ
図に示すものであったとすると、このグラフでテラス幅
の半分となる時間ｔ，をＴＥＧガス供給パルス時間とす
ると、ＯＦＦ基板上に成長させた場合、ＧａＡｓ単分子
層４をテラス幅の残り半分の位置まで横方向に成長させ
ることができる。
上述したＡｆＡｓ層成長とＧａＡｓ層戊長とを繰り返す
ことによって、第９Ｅ図に示すような縦方向に伸びた（
横方向に周期的配列の） Ａｊ２Ａｓ層３およびＧａ
Ａｓ層４からなるＧａＡｓ／ ＡＪＡｓ超格子５が形成
される。
ことによって、第９Ｅ図に示すような縦方向に伸びた（
横方向に周期的配列の） Ａｊ２Ａｓ層３およびＧａ
Ａｓ層４からなるＧａＡｓ／ ＡＪＡｓ超格子５が形成
される。
上述した縦型超格子の形成方法においては、ＩＡｓ層お
よびＧａＡｓ層いずれも第１１Ａ図および第１１Ｂ図に
示したように成長速度は原料ガスの供給時間に対して比
例する関係にあるので、横方向の成長距離をステップの
テラス幅の丁度半分にするためには原料ガスの供給時間
を精密に制御する必要がある。しかしながら、実際には
、このことはとても困難であり、例えば、テラス幅１６
． ２ｎｍの半分（８．１ｎｍ） には約４０個程度の
原子が並ぶわけであるが、原料ガス供給時間の制御精度
を±１％に抑えたとしても、並ぶ原子数には１個分程度
のバラツキが生じてしまう。すると、ＧａＡｓ層がその
ステップを超えて先に形成した下のステップのＡＩＧａ
層の上にも成長したり、逆にステップいっぱいに戒長し
ないこともある。このために、実際に形威した縦型超格
子は、例えば、第９Ｃ図のようにその界面が結晶基板に
対して傾むきかつ界面がぎざぎざである構造になってし
まう。例えば、ステップ（テラス〉に並ぶ原子が各成長
ごとに１個ずれただけで界面が４５゜も傾いてしまうこ
とがある。
よびＧａＡｓ層いずれも第１１Ａ図および第１１Ｂ図に
示したように成長速度は原料ガスの供給時間に対して比
例する関係にあるので、横方向の成長距離をステップの
テラス幅の丁度半分にするためには原料ガスの供給時間
を精密に制御する必要がある。しかしながら、実際には
、このことはとても困難であり、例えば、テラス幅１６
． ２ｎｍの半分（８．１ｎｍ） には約４０個程度の
原子が並ぶわけであるが、原料ガス供給時間の制御精度
を±１％に抑えたとしても、並ぶ原子数には１個分程度
のバラツキが生じてしまう。すると、ＧａＡｓ層がその
ステップを超えて先に形成した下のステップのＡＩＧａ
層の上にも成長したり、逆にステップいっぱいに戒長し
ないこともある。このために、実際に形威した縦型超格
子は、例えば、第９Ｃ図のようにその界面が結晶基板に
対して傾むきかつ界面がぎざぎざである構造になってし
まう。例えば、ステップ（テラス〉に並ぶ原子が各成長
ごとに１個ずれただけで界面が４５゜も傾いてしまうこ
とがある。
このような界面が荒く傾いた縦型超格子は、半導体超高
速素子として実用化が期待されている量子効果デバイス
（量子干渉効果トランジスタなど）に用いることは難し
い。
速素子として実用化が期待されている量子効果デバイス
（量子干渉効果トランジスタなど）に用いることは難し
い。
本発明は、結晶基板に対して直角でかつ界面平坦性の良
い縦型超格子を形成する方法を提供することを目的とす
る。
い縦型超格子を形成する方法を提供することを目的とす
る。
上述の目的が、結晶軸から数度傾いた原子ステップのあ
る表面を有する結晶基板上に、第１化合物半導体ＡＣと
第２化合物半導体ＢＣ （ＡおよびＢは周期律表■族又
は■族の原子、ＣはＶ族又は■族の原子）とからなる縦
型超格子を形成する方法において、下記工程（ａ）．
（ｂ）および（ｃ）＝（ａ）原子ステップからの面内
横方向成長条件下で、Ａ原子を含む原料ガスを供給し、
成長時間制御によってＡ原子層を該原子ステップの側面
に戊長させステップ幅の一部にＡ原子層を形成する工程
； （ｂ） ｌｉｉ長がＢのｌ原子層で自動的に停止する条
件下で、Ｂ原子を含む原料ガスを供給してステップ幅の
残りの部分にＢ原子層を形戒する工程；および （ｃ）Ｃ原子を含む原料ガスを供給して、前記Ａ原子層
およびＢ原子層と結合した前記第１化合物半導体ＡＣお
よび第２化合物半導体ＢＣそれぞれの１分子層を形成す
る工程； を繰り返すことによって、前記第１化合物半導体ＡＣの
層と前記第２化合物半導体ＢＣの層とが横方向に周期的
に配列されかつ該第２化合物半導体ＢＣの層の片側の界
面が平坦で前記結晶基板に対して垂直である縦型超格子
にすることを特徴とする化合物半導体の縦型超格子の形
成方法によって達或される。
る表面を有する結晶基板上に、第１化合物半導体ＡＣと
第２化合物半導体ＢＣ （ＡおよびＢは周期律表■族又
は■族の原子、ＣはＶ族又は■族の原子）とからなる縦
型超格子を形成する方法において、下記工程（ａ）．
（ｂ）および（ｃ）＝（ａ）原子ステップからの面内
横方向成長条件下で、Ａ原子を含む原料ガスを供給し、
成長時間制御によってＡ原子層を該原子ステップの側面
に戊長させステップ幅の一部にＡ原子層を形成する工程
； （ｂ） ｌｉｉ長がＢのｌ原子層で自動的に停止する条
件下で、Ｂ原子を含む原料ガスを供給してステップ幅の
残りの部分にＢ原子層を形戒する工程；および （ｃ）Ｃ原子を含む原料ガスを供給して、前記Ａ原子層
およびＢ原子層と結合した前記第１化合物半導体ＡＣお
よび第２化合物半導体ＢＣそれぞれの１分子層を形成す
る工程； を繰り返すことによって、前記第１化合物半導体ＡＣの
層と前記第２化合物半導体ＢＣの層とが横方向に周期的
に配列されかつ該第２化合物半導体ＢＣの層の片側の界
面が平坦で前記結晶基板に対して垂直である縦型超格子
にすることを特徴とする化合物半導体の縦型超格子の形
成方法によって達或される。
本発明では、ＡＣ／ＢＣ超格子形成のために用いるＡ．
ＢおよびＣ原子の各原料ガスの供給方式（シ−ケン。ス
）および成長条件を制御して、まず、結晶基板の原子ス
テップのテラス幅の一部分にＡ単原子層を成長させ、次
に、残りの部分にＢ単原子層を成長させ（このときにＢ
原子がそのステップのみにてその下のステップ上のＡ単
原子層上に堆積（付着）することはない。また、Ｂ原子
層は一層のみで止まる条件にて充分Ｂ原子を供給する）
、そして・、Ｃ原子を形成したＡ単原子層およびＢ単原
子層に吸着させ（上に堆積させ）で、ＡＣ単分子層およ
びＢＣ単分子層を形成する。このようにしてＢＣ単分子
層が当該ステップのテラス幅を越えて戊長形威されるこ
とはなく、また不足することもないので、ＡＣ／ａｌｌ
’の界面のひとつは特に平坦となりかつ結晶基板に対し
て必ず垂直となる。
ＢおよびＣ原子の各原料ガスの供給方式（シ−ケン。ス
）および成長条件を制御して、まず、結晶基板の原子ス
テップのテラス幅の一部分にＡ単原子層を成長させ、次
に、残りの部分にＢ単原子層を成長させ（このときにＢ
原子がそのステップのみにてその下のステップ上のＡ単
原子層上に堆積（付着）することはない。また、Ｂ原子
層は一層のみで止まる条件にて充分Ｂ原子を供給する）
、そして・、Ｃ原子を形成したＡ単原子層およびＢ単原
子層に吸着させ（上に堆積させ）で、ＡＣ単分子層およ
びＢＣ単分子層を形成する。このようにしてＢＣ単分子
層が当該ステップのテラス幅を越えて戊長形威されるこ
とはなく、また不足することもないので、ＡＣ／ａｌｌ
’の界面のひとつは特に平坦となりかつ結晶基板に対し
て必ず垂直となる。
以下、添付図面を参照して、本発明の原理的な態様例お
よび具体的な態様例によって本発明を詳細に説明する。
よび具体的な態様例によって本発明を詳細に説明する。
原理的態様例
第ＩＡ図〜第ＩＥ図に、本発明に係る形成方法にしたが
って形成している第１化合物半導体ＡＣ／第２化合物半
導体ＢＣの超格子の概略断面を示す。
って形成している第１化合物半導体ＡＣ／第２化合物半
導体ＢＣの超格子の概略断面を示す。
第ＩＡ図に示すように、従来と同様に、原子ステップを
有する微斜面基板の結晶基板１を用意し、その上にバッ
ファ一層２を成長形成する。結晶基板１は必ずしもその
ステップが１分子層の高さでなく、またそのテラス幅が
一定でないが、バッファ一層の形成後は、その結晶表面
はステップ高さが分子（単分子）でテラス幅が均一とな
る。
有する微斜面基板の結晶基板１を用意し、その上にバッ
ファ一層２を成長形成する。結晶基板１は必ずしもその
ステップが１分子層の高さでなく、またそのテラス幅が
一定でないが、バッファ一層の形成後は、その結晶表面
はステップ高さが分子（単分子）でテラス幅が均一とな
る。
次に、第ＩＢ図に示すように、第１化合物半導体ＡＣを
構或するＡ原子の原料ガスを供給し、Ａ原子の表面拡散
長がステップ幅よりも大きくなるような成長条件（ステ
ップフロー戒長条件）とすれば、Ａ原子はステップに優
先的に吸着され、ステップから面内横方向成長してＡ単
原子層１１が原子ステップ表面上に形成される。この際
、Ｊｕｓｔ基板上に威長させた場合のＡ層の厚さ（原子
層単位）ｌ とＡ原子の原料ガス供給時間とは第２Ａ図での実線（又
は破線）で示すような関係があるとすると、ＯＦＦ基板
上に成長させた場合にも、テラス幅の半分となる時間１
，に原料ガス供給時間を設定して、Ａ原子層１１がステ
ップ（テラス〉輻の丁度半分まで成長させる。
構或するＡ原子の原料ガスを供給し、Ａ原子の表面拡散
長がステップ幅よりも大きくなるような成長条件（ステ
ップフロー戒長条件）とすれば、Ａ原子はステップに優
先的に吸着され、ステップから面内横方向成長してＡ単
原子層１１が原子ステップ表面上に形成される。この際
、Ｊｕｓｔ基板上に威長させた場合のＡ層の厚さ（原子
層単位）ｌ とＡ原子の原料ガス供給時間とは第２Ａ図での実線（又
は破線）で示すような関係があるとすると、ＯＦＦ基板
上に成長させた場合にも、テラス幅の半分となる時間１
，に原料ガス供給時間を設定して、Ａ原子層１１がステ
ップ（テラス〉輻の丁度半分まで成長させる。
Ａ原子の原料ガス供給停止後に、第２化合物半導体ＢＣ
を構或するＢ原子の原料ガスを供給すると、第１ｃ図に
示すように、表出バッファ一表面の残りステップ（テラ
ス）幅上にＢ単原子層１２が成長する。残り表出バッフ
ァ一表面をＢ原子層が覆ったところで、Ｂ原子層の成長
が停止し、これには、第２Ｂ図に示すように、Ｊｕｓｔ
基板上に成長させた場合にＢ原子層の成長が原料供給時
間に対して原子層で飽和するような自動停止機構がある
。
を構或するＢ原子の原料ガスを供給すると、第１ｃ図に
示すように、表出バッファ一表面の残りステップ（テラ
ス）幅上にＢ単原子層１２が成長する。残り表出バッフ
ァ一表面をＢ原子層が覆ったところで、Ｂ原子層の成長
が停止し、これには、第２Ｂ図に示すように、Ｊｕｓｔ
基板上に成長させた場合にＢ原子層の成長が原料供給時
間に対して原子層で飽和するような自動停止機構がある
。
さらに、この場合には、既に形成したＡ原子層上にはＢ
原子が吸着しない成長条件であり、例えば、Ｂ原子を含
む原料ガスが有機金属ガスであれば、Ａ原子層上では分
解しないでＢ原子の堆積がない状態である。
原子が吸着しない成長条件であり、例えば、Ｂ原子を含
む原料ガスが有機金属ガスであれば、Ａ原子層上では分
解しないでＢ原子の堆積がない状態である。
Ｂ原子の原料ガス供給停止後に、第１および第２化合物
半導体ＡＣ，ＢＣの共通の構或原子であるＣ原子を含む
原料ガスを供給すると、第ＩＤ図に示すように、Ｃ原子
がＡ原子層およびＢ原子層と結合して、それぞれＡＣ単
分子層１３およびＢＣ単分子層１４を形成する。そして
、原料ガスの供給を停止する。
半導体ＡＣ，ＢＣの共通の構或原子であるＣ原子を含む
原料ガスを供給すると、第ＩＤ図に示すように、Ｃ原子
がＡ原子層およびＢ原子層と結合して、それぞれＡＣ単
分子層１３およびＢＣ単分子層１４を形成する。そして
、原料ガスの供給を停止する。
上述したＡ原子層、Ｂ原子層およびＣ原子供給（堆積、
吸着〉のステップを繰り返すことによって、第ＩＥ図に
示すような第１化合物半導体ＡＣ層１３および第２化合
物半導体ＢＣ層１４を垂直方向に成長させてこれら層ｌ
３および１４が交互に横方向に配列されたＡＣ／ＢＣ超
格子１５が得られる。本発明ではＡＣ／ＢＣ界面のひと
つが平坦かつ垂直であるので、従来のように界面が斜め
になってしまうことはない。なお、第ＩＥ図において、
第工化合物半導体ＡＣ層１３の右側界面での凹凸は誇張
して図示されているが、実際にはｌ分子層程度であるか
らそれほど問題にはならない。理想的な場合のＡＣ／Ｂ
Ｃ超格子１５を第３図に示してあり、これにかなり近い
状態のＡＣ／Ｅｌ．（’超格子を形成することができる
。
吸着〉のステップを繰り返すことによって、第ＩＥ図に
示すような第１化合物半導体ＡＣ層１３および第２化合
物半導体ＢＣ層１４を垂直方向に成長させてこれら層ｌ
３および１４が交互に横方向に配列されたＡＣ／ＢＣ超
格子１５が得られる。本発明ではＡＣ／ＢＣ界面のひと
つが平坦かつ垂直であるので、従来のように界面が斜め
になってしまうことはない。なお、第ＩＥ図において、
第工化合物半導体ＡＣ層１３の右側界面での凹凸は誇張
して図示されているが、実際にはｌ分子層程度であるか
らそれほど問題にはならない。理想的な場合のＡＣ／Ｂ
Ｃ超格子１５を第３図に示してあり、これにかなり近い
状態のＡＣ／Ｅｌ．（’超格子を形成することができる
。
具体的態様例
ＧａＡｓ結晶基板上にＡＩＡｓ／ＧａＡｓ縦型超格子を
形成する場合を以下に説明する。
形成する場合を以下に説明する。
まず、ＧａＡｓ基板上に縦型超格子を形成するためには
、成長装置として、第４図に示すような、ガスソースＭ
ＢＥを用いてエビタキシャル成長可能である。この成長
装置では、戒長チャンパー３ｌがその内側に液体窒素シ
ュラウド（冷却壁〉３２を備え、真空ポンブ３３にバル
ブ３４を介して接続され、そして、３組の原料ガス導入
器３５Ａ ， ３５Ｂ ， ３５Ｃを有している。各原
料ガス導入器３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃは、切り換えバル
ブ３６Ａ ， ３６Ｂ ． ３６Ｃと、導入管３７Ａ
． ３７Ｂ ， ３７Ｃと、加熱ヒータ３８Ａ，３８Ｂ
．３８Ｃとからなり、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）ガ
ス源、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ） ガス源お
よびＡｓＨ３ガス源のそれぞれに接続されている。そし
て、各原料ガス導入器の成長チャンパー３ｌ内部前方に
シャッター３９Ａ ． ３９Ｂ ， ３９Ｃが設けられ
ている。
、成長装置として、第４図に示すような、ガスソースＭ
ＢＥを用いてエビタキシャル成長可能である。この成長
装置では、戒長チャンパー３ｌがその内側に液体窒素シ
ュラウド（冷却壁〉３２を備え、真空ポンブ３３にバル
ブ３４を介して接続され、そして、３組の原料ガス導入
器３５Ａ ， ３５Ｂ ， ３５Ｃを有している。各原
料ガス導入器３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃは、切り換えバル
ブ３６Ａ ， ３６Ｂ ． ３６Ｃと、導入管３７Ａ
． ３７Ｂ ， ３７Ｃと、加熱ヒータ３８Ａ，３８Ｂ
．３８Ｃとからなり、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）ガ
ス源、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ） ガス源お
よびＡｓＨ３ガス源のそれぞれに接続されている。そし
て、各原料ガス導入器の成長チャンパー３ｌ内部前方に
シャッター３９Ａ ． ３９Ｂ ， ３９Ｃが設けられ
ている。
切り換えバルブ３６Ａ ． ３６Ｂ ， ３６Ｃおよび
シャツタ−３９Ａ ， ３９Ｂ ， ３９Ｃの制御によ
って、原料ガスの供給および供給停止を高精度に制御す
ることができる。原料ガスを成長チャンパー３１内に供
給しないときには、排気ラインへ流すようになっており
、急峻な切り換えが可能になっている。なお、ＡｓＨ３
ガスは加熱ヒーク３８Ｃの１１００℃程度の加熱でクラ
ブキングされており、Ａｓ，の状態で成長チャンパー３
１内へ導入されている。成長チャンパー３１内で各導入
管３７Ａ ．３７Ｂ ． ３７Ｃの延長線上にて、Ｇａ
Ａｓ結晶基板４１が内蔵ヒータ４２付基板ホルダー４３
に担持されており、結晶基板４１は所望成長温度（３０
０〜６００ ℃）に加熱される。
シャツタ−３９Ａ ， ３９Ｂ ， ３９Ｃの制御によ
って、原料ガスの供給および供給停止を高精度に制御す
ることができる。原料ガスを成長チャンパー３１内に供
給しないときには、排気ラインへ流すようになっており
、急峻な切り換えが可能になっている。なお、ＡｓＨ３
ガスは加熱ヒーク３８Ｃの１１００℃程度の加熱でクラ
ブキングされており、Ａｓ，の状態で成長チャンパー３
１内へ導入されている。成長チャンパー３１内で各導入
管３７Ａ ．３７Ｂ ． ３７Ｃの延長線上にて、Ｇａ
Ａｓ結晶基板４１が内蔵ヒータ４２付基板ホルダー４３
に担持されており、結晶基板４１は所望成長温度（３０
０〜６００ ℃）に加熱される。
まず、ＧａＡｓ （１００）面の■゜傾けて単結晶イン
ゴットから切り出したＧａ八Ｓ微斜面基板４ｌを用意し
、基板ホルダー４３上にセットしてから、第４図のよう
に、成長チャンパー３１内に装入する。真空ポンプ３３
によって成長チャンバー内を１０−９〜１０−１０Ｔｏ
ｒｒ程度まで排気する。但し、戊長時には原料ガスによ
り１０−５〜２ ＸＩＯ ’Ｔｏｒｒ程度の背圧になる
。
ゴットから切り出したＧａ八Ｓ微斜面基板４ｌを用意し
、基板ホルダー４３上にセットしてから、第４図のよう
に、成長チャンパー３１内に装入する。真空ポンプ３３
によって成長チャンバー内を１０−９〜１０−１０Ｔｏ
ｒｒ程度まで排気する。但し、戊長時には原料ガスによ
り１０−５〜２ ＸＩＯ ’Ｔｏｒｒ程度の背圧になる
。
ＴＥＧガスとＡｓＨ，ガスとを同時に供給して（第５図
）、第６Ａ図に示すように、ＧａＡｓバッファ−層４５
を成長させて、１分子層高さで均一な幅（１６． ２ｎ
ｍ）の原子ステップ表面を形成する。次に、第５図に示
すように、各原料ガスを供給制御して、ＴＥＡガス、Ｔ
ＥＧガスおよびＡＳＨ３ガスの順序にてパルス状に１，
，１，，１．時間供給し、供給毎に所定の中断時間ｔ４
を設ける。
）、第６Ａ図に示すように、ＧａＡｓバッファ−層４５
を成長させて、１分子層高さで均一な幅（１６． ２ｎ
ｍ）の原子ステップ表面を形成する。次に、第５図に示
すように、各原料ガスを供給制御して、ＴＥＡガス、Ｔ
ＥＧガスおよびＡＳＨ３ガスの順序にてパルス状に１，
，１，，１．時間供給し、供給毎に所定の中断時間ｔ４
を設ける。
ＴＥＡガスを供給すると、成長条件がステップフロー成
長条件であれば、ＴＥＡから分解したＡｌ原子が優先的
にステップに吸着され面内横方向成長して、／ｌ単原子
層４６が、第６Ａ図のように、ステップテラス表面上に
形成される。このときに、ＴＥＡガス供給時間ｔ，を、
第７Ａ図に示すように、Ａｌ単結晶成長距離がステップ
テラス幅の丁度半分となるように設定する。なお、この
場合に、成長条件が自動停止モード（成長が１分子層で
飽和停止する・・・破線）になっていてもよいが、ステ
ップテラス幅の半分を覆ったときに戊長を止めることを
同様に行なう。
長条件であれば、ＴＥＡから分解したＡｌ原子が優先的
にステップに吸着され面内横方向成長して、／ｌ単原子
層４６が、第６Ａ図のように、ステップテラス表面上に
形成される。このときに、ＴＥＡガス供給時間ｔ，を、
第７Ａ図に示すように、Ａｌ単結晶成長距離がステップ
テラス幅の丁度半分となるように設定する。なお、この
場合に、成長条件が自動停止モード（成長が１分子層で
飽和停止する・・・破線）になっていてもよいが、ステ
ップテラス幅の半分を覆ったときに戊長を止めることを
同様に行なう。
次に、ＴＥＧガスを供給すると、ＴＥＧガスはＡＡ原子
層４６上では分解せずに、表出しているステップテラス
表面のＡｓ原子上でのみ分解して（成長温度を選ぶこと
によって可能）、第６Ｂ図に示すように、ステップの残
り半分にＧａ＄原子層４７が堆積する。なお、このとき
の成長条件は、第７Ｂ図に示すように、自動停止モード
となる条件に戊長温度、ガス流量が適切に設定され例え
ば成長温度３００〜４５０℃、ガス流量Ｑ， ５ ＳＣ
ＣＭ〜２ Ｓ（：ＣＭに設定されている。
層４６上では分解せずに、表出しているステップテラス
表面のＡｓ原子上でのみ分解して（成長温度を選ぶこと
によって可能）、第６Ｂ図に示すように、ステップの残
り半分にＧａ＄原子層４７が堆積する。なお、このとき
の成長条件は、第７Ｂ図に示すように、自動停止モード
となる条件に戊長温度、ガス流量が適切に設定され例え
ば成長温度３００〜４５０℃、ガス流量Ｑ， ５ ＳＣ
ＣＭ〜２ Ｓ（：ＣＭに設定されている。
そして、ＡｓＨ３ガスを供給すると、Ａｓ原子が，ｌお
よびＧａの単原子層４６．４７上に付着（化学結合）し
て、第６Ｃ図に示すように、Ａｊ２Ａｓの１分子層４８
およびＧａＡｓの１分子層４９を形成する。
よびＧａの単原子層４６．４７上に付着（化学結合）し
て、第６Ｃ図に示すように、Ａｊ２Ａｓの１分子層４８
およびＧａＡｓの１分子層４９を形成する。
ＧａＡｓ層４９の右側は、当該ステップテラスの右端に
正確に対応している。
正確に対応している。
上述したガス供給制御を繰り返す（第５図）ことによっ
て、第６Ｄ図に示すように、ＧａＡｓ基板４１のＧａＡ
ｓバッファ一層４５の上に該基板と垂直にかつＧａＡｓ
層４９の少なくともひとつのｉＡｓ層４８との界面が平
坦になっているＡ Ｉｔ Ａｓ ／ＧａＡｓ縦型超格子
５０を形成することができる。
て、第６Ｄ図に示すように、ＧａＡｓ基板４１のＧａＡ
ｓバッファ一層４５の上に該基板と垂直にかつＧａＡｓ
層４９の少なくともひとつのｉＡｓ層４８との界面が平
坦になっているＡ Ｉｔ Ａｓ ／ＧａＡｓ縦型超格子
５０を形成することができる。
第６Ｄ図などでは形成方法を理解しやす《するために、
結晶傾斜角度α＝１゜なのに誇張して大きな角度で図示
しているが、実際にはステップ高さは単分子層の厚さで
あり、第８図に示したように見える。
結晶傾斜角度α＝１゜なのに誇張して大きな角度で図示
しているが、実際にはステップ高さは単分子層の厚さで
あり、第８図に示したように見える。
上述した具体的態様ではＡｊ！Ａｓ／ＧａＡｓ縦型超格
子であるが、ＩｎＰ結晶基板でのＩｎＡｓ／ＧａＡｓ縦
型超格子、ＺｎＳｅ／ＺｎＳやＺｎＳ／ＺｎＴｅなどの
ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体での縦型超格子、さらには、
ＩＡｓ／ＧａＡｓ／ＩｎＡｓのように三種類の化合物半
導体からなる縦型超格子も本発明に係る形成方法によっ
て同様に形戒できる。
子であるが、ＩｎＰ結晶基板でのＩｎＡｓ／ＧａＡｓ縦
型超格子、ＺｎＳｅ／ＺｎＳやＺｎＳ／ＺｎＴｅなどの
ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体での縦型超格子、さらには、
ＩＡｓ／ＧａＡｓ／ＩｎＡｓのように三種類の化合物半
導体からなる縦型超格子も本発明に係る形成方法によっ
て同様に形戒できる。
上述したように、本発明によれば、結晶基板に垂直で、
原子ステップに応じた周期で、界面平坦性の優れた縦型
超格子を形成することができる。
原子ステップに応じた周期で、界面平坦性の優れた縦型
超格子を形成することができる。
これを用いて量子干渉効果トランジスタ、量子細線トラ
ンジスタなどの量子効果デバイスの実用化が図れる。
ンジスタなどの量子効果デバイスの実用化が図れる。
第ＩＡ図〜第ＩＥ図は、本発明に係る形成方法にしたが
ったＯＦＦ基板上への縦型超格子形成工程を説明する結
晶基板および成長層の概略断面図であり、 第２Ａ図および第２Ｂ図は、Ｊｕｓｔ基板上へ威長させ
た場合の成長層の成長厚さと原料ガス供給時間との関係
を示すグラフであり、 第３図は、理想的な縦型超格子および結晶基板の概略斜
視図であり、 第４図は、ガスソースＭＢＥ法の成長装置の概略図であ
り、 第５図は、本発明に係る縦型超格子形成方法での原料ガ
ス供給制御を説明するグラフであり、第６Ａ図〜第６Ｄ
図は、本発明に係る形成方法にしたがったＡＩＡｓ／Ｇ
ａＡｓ縦型超格子形成工程を説明する概略断面図であり
、 第７Ａ図および第７Ｂ図は、Ｊｕｓｔ基板上へ成長させ
た場合の成長層の戊長厚さと原料ガス供給時間との関係
を示すグラフであり、 第８図は、結晶面傾斜角度を誇張しないで図示したＡ
Ｉ Ａｓ／ＧａＡｓ縦型超格子の概略断面図であり、第
９Ａ図、第９Ｃ図および第９Ｅ図は、従来の形成方法に
したがった縦型超格子形成工程を説明する結晶基板およ
び成長層の概略断面図であり、第９Ｂ図及び第９Ｄ図は
、第９Δ図および第９Ｃ図それぞれでの結晶基板および
成長層の概略斜視図であり、 第１０図は、従来の縦型超格子形成方法での原料ガス供
給制御を説明するグラフであり、および第１１Ａ図およ
び第１１Ｂ図は、Ｊｕｓｔ基板上へ成長させた場合の成
長層の成長厚さと原料ガス供給時間との関係を示すグラ
フである。 １・・・原子ステップを有する結晶基板、２・・・バッ
ファ一層、 ｌ１・・・Ａ単原子層、１２・・・Ｂ
単原子層、 １３・・・ＡＣ単分子層（ＡＣ層）、 １４・・・ＢＣ単分子層（ＢＣ層）、 ｌ５・・・ＡＣ／ＢＣ縦型超格子、 ３１・・・戒長チ
ャンバー３３・・・真空ポンプ、 ３５Ａ ． ３５Ｂ ， ３５Ｃ・・・原料ガス導入器
、４１・・・ＧａＡｓ基板、 ４３・・・基板
ホルダー４６・・・Ａ１単原子層、 ４７・・・Ｇ
ａ単原子層、４ｇ− ＡＡ’Ａｓ層、 ４９−
ＧａＡｓ層、５０− Ａ ｆＡｓ／ＧａＡｓ縦型超格子
。
ったＯＦＦ基板上への縦型超格子形成工程を説明する結
晶基板および成長層の概略断面図であり、 第２Ａ図および第２Ｂ図は、Ｊｕｓｔ基板上へ威長させ
た場合の成長層の成長厚さと原料ガス供給時間との関係
を示すグラフであり、 第３図は、理想的な縦型超格子および結晶基板の概略斜
視図であり、 第４図は、ガスソースＭＢＥ法の成長装置の概略図であ
り、 第５図は、本発明に係る縦型超格子形成方法での原料ガ
ス供給制御を説明するグラフであり、第６Ａ図〜第６Ｄ
図は、本発明に係る形成方法にしたがったＡＩＡｓ／Ｇ
ａＡｓ縦型超格子形成工程を説明する概略断面図であり
、 第７Ａ図および第７Ｂ図は、Ｊｕｓｔ基板上へ成長させ
た場合の成長層の戊長厚さと原料ガス供給時間との関係
を示すグラフであり、 第８図は、結晶面傾斜角度を誇張しないで図示したＡ
Ｉ Ａｓ／ＧａＡｓ縦型超格子の概略断面図であり、第
９Ａ図、第９Ｃ図および第９Ｅ図は、従来の形成方法に
したがった縦型超格子形成工程を説明する結晶基板およ
び成長層の概略断面図であり、第９Ｂ図及び第９Ｄ図は
、第９Δ図および第９Ｃ図それぞれでの結晶基板および
成長層の概略斜視図であり、 第１０図は、従来の縦型超格子形成方法での原料ガス供
給制御を説明するグラフであり、および第１１Ａ図およ
び第１１Ｂ図は、Ｊｕｓｔ基板上へ成長させた場合の成
長層の成長厚さと原料ガス供給時間との関係を示すグラ
フである。 １・・・原子ステップを有する結晶基板、２・・・バッ
ファ一層、 ｌ１・・・Ａ単原子層、１２・・・Ｂ
単原子層、 １３・・・ＡＣ単分子層（ＡＣ層）、 １４・・・ＢＣ単分子層（ＢＣ層）、 ｌ５・・・ＡＣ／ＢＣ縦型超格子、 ３１・・・戒長チ
ャンバー３３・・・真空ポンプ、 ３５Ａ ． ３５Ｂ ， ３５Ｃ・・・原料ガス導入器
、４１・・・ＧａＡｓ基板、 ４３・・・基板
ホルダー４６・・・Ａ１単原子層、 ４７・・・Ｇ
ａ単原子層、４ｇ− ＡＡ’Ａｓ層、 ４９−
ＧａＡｓ層、５０− Ａ ｆＡｓ／ＧａＡｓ縦型超格子
。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、結晶軸から数度傾いた原子ステップのある表面を有
する結晶基板上に、第１化合物半導体ＡＣと第２化合物
半導体ＢＣ（ＡおよびＢは周期律表III族又はII族の原
子、ＣはＶ族又はVI族の原子）とからなる縦型超格子を
形成する方法において、下記工程（ａ）、（ｂ）および
（ｃ）：（ａ）原子ステップからの面内横方向成長条件
下で、Ａ原子を含む原料ガスを供給し、成長時間制御に
よってＡ原子層を該原子ステップの側面に接して成長さ
せ、ステップ幅の一部にＡ原子層を形成する工程； （ｂ）成長がＢの１原子層で自動的に停止する条件下で
、Ｂ原子を含む原料ガスを供給してステップ幅の残りの
部分にＢ原子層を形成する工程；および （ｃ）Ｃ原子を含む原料ガスを供給して、前記Ａ原子層
およびＢ原子層と結合した前記第１化合物半導体ＡＣお
よび第２化合物半導体ＢＣそれぞれの１分子層を形成す
る工程； を繰り返すことによって、前記第１化合物半導体ＡＣの
層と前記第２化合物半導体ＢＣの層とが横方向に周期的
に配列されかつ該第２化合物半導体ＢＣの層の片側の界
面が平坦で前記結晶基板に対して垂直である縦型超格子
にすることを特徴とする化合物半導体の縦型超格子の形
成方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22828789A JPH0391922A (ja) | 1989-09-05 | 1989-09-05 | 化合物半導体の縦型超格子の形成方法 |
| EP19900309635 EP0421608A3 (en) | 1989-09-05 | 1990-09-04 | Method of forming a vertical type superlattice layer of compound semiconductor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22828789A JPH0391922A (ja) | 1989-09-05 | 1989-09-05 | 化合物半導体の縦型超格子の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0391922A true JPH0391922A (ja) | 1991-04-17 |
Family
ID=16874107
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22828789A Pending JPH0391922A (ja) | 1989-09-05 | 1989-09-05 | 化合物半導体の縦型超格子の形成方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0421608A3 (ja) |
| JP (1) | JPH0391922A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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Family Cites Families (1)
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|---|---|---|---|---|
| JPS6459808A (en) * | 1987-08-31 | 1989-03-07 | Nec Corp | Growth of semiconductor |
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- 1989-09-05 JP JP22828789A patent/JPH0391922A/ja active Pending
-
1990
- 1990-09-04 EP EP19900309635 patent/EP0421608A3/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8021312B2 (en) | 2003-11-21 | 2011-09-20 | Polar Electro Oy | Arrangement, method and computer program for determining physical activity level of human being |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0421608A3 (en) | 1991-07-10 |
| EP0421608A2 (en) | 1991-04-10 |
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